Analiza tehnică a carbonizării nămolurilor (piroliză/carbonizare hidrotermică) și integrare cu digestia anaerobă

一. Prezentare generală a carbonizării nămolurilor

Carbonizarea nămolului este un proces termochimic care transformă materie organică în nămol în produse bogate în carbon stabile. Include carbonizare uscată (piroliză) şi carbonizare umedă (carbonizare hidrotermică, HTC) , care vizează reducerea nămolurilor, detoxifierea și recuperarea resurselor.

二. Carbonizare uscată (piroliză): principii și caracteristici

1. Principiile
   Condus sub condiții anoxice sau cu oxigen scăzut La temperaturi ridicate (250–800 ° C), piroliza descompune organicele nămolului în biochar, syngas (h₂, ch₄, co) și gudron. Categorii după temperatură:

   • Piroliză la temperatură scăzută (250–350 ° C): echipament simplu, investiții scăzute, valoare calorică biochar ridicată.
   • Piroliză la temperaturi medii (400–600 ° C): echilibrează consumul de energie și calitatea produsului; Imobilizare eficientă a metalelor grele.
   • Piroliză la temperatură ridicată (600–800 ° C): tehnologie matură, dar costisitoare; Potrivit pentru aplicații la scară mică.

2. Flux de proces

   • Pretratare : Îngroșarea nămolului → deshidratarea profundă (umiditate <60%) → uscare (umiditate <25%).
   • Piroliză : Cuptor rotativ sau reactor îmbrăcat, încălzit de gazul natural sau de combustie syngas.
   • Utilizarea produsului : Biochar pentru modificarea solului, combustibil sau adsorbant; Syngas reciclat pentru energie.

3. Avantaje

   • Reducerea volumului> 90% .
   • Ecologic : Suprimă formarea dioxinei; stabilizează metalele grele.
   • Auto-suficiență energetică : Syngas îndeplinește 50–80% din cererea de energie.

4. Limitări

   • Consum ridicat de energie : Necesită combustibil extern (costul de funcționare ≥200 cny/tonă).
   • Echipament complex : Necesară temperatura precisă și controlul timpului de ședere.

三. Carbonizare umedă (carbonizare hidrotermică, HTC): principii și caracteristici

1. Principiile
   Utilizări apă subcritică (180–260 ° C, 2-10 MPa) pentru a transforma organica de nămol în hidrochar prin hidroliză, decarboxilare și polimerizare. Nu este necesară uscarea.

2. Flux de proces

   • Reacţie : Slurry reacționează într -un reactor sigilat ore întregi.
   • Separarea produsului : Hidrochar filtrat; Faza lichidă (bogată în acizi organici) utilizată în digestia anaerobă.

3. Avantaje

   • Manevrează nămolul cu umeri ridicate (≥80% umiditate) direct.
   • Hidrochar funcțional : Grupuri de suprafață bogate în oxigen pentru aplicații de sol/catalitice.
   • Consum de energie mai mică : Costurile de pretratare reduse cu 30–50% față de metode uscate.

4. Limitări

   • Condiții dure : Reactoarele de înaltă presiune cresc costurile de capital.
   • Valoare calorică mai mică hidrochar (15–20 MJ/kg vs. 20–25 MJ/kg pentru biochar pirolitic).

四. Comparația carbonizării uscate și umede

五. Sinergie cu digestie anaerobă (AD)

1. Integrare în domeniul energiei

   • Buclă de energie : Biogaz (60–70% CH₄) carbonizarea combustibililor; Căldura reziduală din carbonizare este reutilizată la sistemele de anunțuri de căldură.
   • Sinergia produsului : Biochar îmbunătățește activitatea microbiană în AD; Suplimente de fază lichidă HTC carbon pentru digestie.

2. Studii de caz

   • Co-digestie de deșeuri alimentare de nămol : Amestecarea îmbunătățește raportul C/N, crescând randamentul de metan cu 24–47%; Biocharul reduce emisiile de amoniac în agricultură.
   • Simbioză industrială : STRASS WWTP din Austria combină nămolul/digestia deșeurilor alimentare, generând biogaz pentru 70% din energia vegetală; Biochar folosit în agricultură.

3. Beneficii

   • Eficiența energetică : Sistemele AD-Piroliză obțin 80% autosuficiență energetică, reducând 25.142 kWh/100 tone nămoluri față de incinerare.
   • Neutralitatea carbonului : Sistemele cuplate reduc emisiile de GES (reducerea CO₂ 30–50%); Sechestre de biochar 0,5–1,2 tone co₂ echivalent/ton.

六. Provocări și direcții viitoare

1. Provocări

   • Bariere de costuri : Costuri de exploatare ridicate (uscate) și costuri de capital (umede).
   • Standardizare : Siguranța biocharului trebuie să respecte standardele precum GB/T 24600-2008.

2. Căi de inovare

   • Control inteligent : Optimizați parametrii de piroliză (temperatură, timp de ședere).
   • Sisteme hibride : Integrați HTC AD Syngas Generarea de energie pentru o recuperare mai mare a energiei.

Piroliza uscată se potrivește cu reducerea nămolului pe scară largă și recuperarea energiei, în timp ce HTC excelează în procesarea nămolului cu modă mare. Integrarea acestora cu digestia anaerobă creează sisteme „energetice-electrice ale energiei”, trecând gestionarea nămolului de la eliminare la regenerarea resurselor.